異丙基二氧七環(huán)合成工藝

譚娜

（江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇南京 210009）

異丙基二氧七環(huán)合成工藝

譚娜

（江蘇中圣高科技產(chǎn)業(yè)有限公司，江蘇南京 210009）

本文對異丙基二氧七環(huán)的合成條件進行了優(yōu)化，得到優(yōu)化條件為：順-1,4-丁烯二醇與異丁醛的摩爾比為1∶1.05，反應(yīng)需在惰性氣體保護下進行，反應(yīng)溶劑為苯，催化劑為對甲苯磺酸，催化劑與順-1,4-丁烯二醇的百分比為0.001，反應(yīng)在回流條件80～120℃下，時間以6～8h為宜，通過優(yōu)化異丙基二氧七環(huán)的收率達到92%。

維生素B6；羥醛縮合；異丙基二氧七環(huán)

維生素B6（Vitamin B6，VB6）在自然界中以吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺三種形式存在。在一定條件下，三者在體內(nèi)可相互轉(zhuǎn)化。我國于1966年開始生產(chǎn)維生素B6的鹽酸鹽——吡哆醇鹽酸鹽。維生素B6在醫(yī)療、食品、飼料及化妝品工業(yè)上有著廣泛的用途。

近年來，我國在維生素B6生產(chǎn)中采用了先進的草酰噁唑工藝，代替了老路線吡啶酮法，使維生素B6工業(yè)生產(chǎn)達到一個新的水平，總收率由吡啶酮法的16.8%（以氯乙酸計）提高到目前噁唑法的45%左右（以L-丙氨酸計），使生產(chǎn)成本進一步降低，增強了國際競爭力[1]。維生素B6噁唑法中，加成工藝選擇的是噁唑和二氧七環(huán)進行Diels-Alder加成方式，目前國內(nèi)比較常用的二氧七環(huán)為正丙基二氧七環(huán)，維生素B6粗品的收率在78%左右，考慮到正丙基二氧七環(huán)的空間位阻和反應(yīng)活性[2]，筆者嘗試用異丙基二氧七環(huán)和噁唑進行加成反應(yīng)，得到維生素B6的收率為82%，比正丙基二氧七環(huán)提高近4%的收率。

本文重點研究異丙基二氧七環(huán)的合成工藝。異丙基二氧七環(huán)化學(xué)全名為2-異丙基-4,7-二氫-1,3-二氧庚英，合成方法主要為異丁醛和順-1,4-丁烯二醇在酸催化下縮合而成。

1 實驗部分

1.1 藥品和儀器

順-1,4-丁烯二醇（工業(yè)品，河北眾開藥輔）、苯（分析純，上海國藥）、異丁醛（分析純，上海國藥）、對甲苯磺酸（分析純，上海凌風(fēng)化學(xué)試劑有限公司）、38%濃鹽酸和磷酸（分析純，上海國藥）。

儀器：Agilent 19091j-413、HP-5、填料5% Phenyl Methyl Siloxane。

GC分析條件：柱溫起始溫度：50℃；終溫：350℃；走樣時間：10.00min；平衡時間：1.00min；程序升溫法：10℃/min。

1.2 實驗方法

在考察反應(yīng)條件對收率的影響時，采用單一因素法做對比實驗。

取丁烯二醇、異丁醛加至反應(yīng)瓶內(nèi)，使之混合均勻，用冰水浴降溫至10℃；加入苯、對甲苯磺酸，裝上填有不銹鋼三角螺旋填料的25cm長度分餾柱、分水器及冷凝回流管[3-4]。緩慢加熱至回流，依照回流量調(diào)節(jié)加熱溫度，當(dāng)分水至理論量后，進一步升溫將體系中的苯蒸餾出來套用至下批投料。待苯蒸餾結(jié)束，降溫至60℃左右，改為減壓蒸餾，收集70～80℃、0.098MPa下的餾分，蒸餾得到無色無臭的產(chǎn)品。稱重，計算收率，樣品送GC分析純度及含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成反應(yīng)

由異丁醛和順-1,4-丁烯二醇在酸催化下縮合合成異丙基二氧七環(huán)的化學(xué)反應(yīng)為：

2.2 惰性氣體的保護

異丁醛在高溫下易被氧化成丁酸，實驗發(fā)現(xiàn)丁醛在常溫下放置24h左右，有5%的異丁醛氧化成丁酸。異丙基二氧七環(huán)也易被氧化成過氧化物，因此反應(yīng)需在惰性氣體的保護下進行。本研究選取用某種氣體作為保護氣體。

2.3 溶劑的選用

常見與水共沸并起帶水作用的溶劑有苯、甲苯、己烷等，三者都能將縮合反應(yīng)生成的水帶出來，效果也較好，但是甲苯與水共沸點溫度相對較高，回收甲苯需較高的溫度，經(jīng)濟效果不佳；己烷閃點較低，閃點正己烷-23℃以下，環(huán)己烷較低-17℃，屬于第3.1類低閃點易燃液體，從安全化生產(chǎn)考慮，不選擇己烷為帶水溶劑；苯與水共沸點69℃，經(jīng)濟、安全且利于回收，適合工業(yè)化生產(chǎn)的要求，因此選擇苯為溶劑來帶水。

2.4 異丁醛與丁烯二醇的摩爾比與收率的關(guān)系

在一定條件下，如果醛過量，一部分醇與醛的反應(yīng)只能停留在半縮醛階段，當(dāng)醇反應(yīng)到一定濃度時，過量的醛由于沸點較低，在反應(yīng)過程中部分丁醛處于回流狀態(tài)，且過量的醛的存在精餾提純時，產(chǎn)品難以達到合格的純度；當(dāng)醇過量時，醇自身也易發(fā)生聚合、分子內(nèi)脫水等副反應(yīng)而使收率降低。通過對比實驗，醇與醛的摩爾比1∶1之間可獲得較高的收率，同時考慮到異丁醛的易揮發(fā)性，需使其稍微過量，因此選擇在丁烯二醇和異丁醛摩爾比為1∶1.05。醇醛摩爾比與收率的影響關(guān)系如圖1。

圖1 丁烯二醇異丁醛摩爾比與收率的關(guān)系

2.5 催化劑選用

縮醛化反應(yīng)常采用酸作催化劑，酸的種類報道的也較多，本文比較了幾種常見易采購的酸，結(jié)果見表1。從表1中可看出，無機酸鹽酸和磷酸也能進行催化，但是其催化效果不佳，有較多的雜質(zhì)生成，鹽酸屬于易揮發(fā)性酸，會夾雜于產(chǎn)品中，導(dǎo)致產(chǎn)品的pH值顯弱酸性，與噁唑發(fā)生加成反應(yīng)時，酸的存在使得噁唑分解破壞，從而影響收率，因此在酸的選擇中必須避開揮發(fā)性酸。磷鎢酸較好，其中磷鎢酸雖然重復(fù)性較好，但制作工序較繁瑣，氨基磺酸和對甲苯磺酸催化效果類似，但是對甲苯磺酸催化更迅速，反應(yīng)時間短，故選用對甲苯磺酸作催化劑。

2.6 酸的用量與收率的關(guān)系

選擇對甲苯磺酸作為醇醛縮合的催化劑，酸的用量也必須控制，酸用量少，達不到催化的最少用量，反應(yīng)不完全；酸用量多，一方面經(jīng)濟負擔(dān)加大，重要的是過量的酸會使得副反應(yīng)加劇，雜質(zhì)增多，收率降低。實驗考察了對甲苯磺酸與丁烯二醇用量比對收率的影響，得到的結(jié)論為對甲苯磺酸與丁烯二醇質(zhì)量比0.001為佳，收率較高。

表1 催化劑對反應(yīng)的影響

表2 對甲苯磺酸與丁烯二醇用量比對收率的影響

表3 反應(yīng)溫度與異丙基二氧七環(huán)收率關(guān)系

2.7 反應(yīng)溫度與收率的關(guān)系

反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)速度較慢，分水較困難，反應(yīng)不完全；反應(yīng)溫度過高，醛的氧化、醇的自身脫水和聚合、產(chǎn)物的分解等，發(fā)生副反應(yīng)較多，分水時間雖然短，但是反應(yīng)收率較低。因此實驗選擇較佳的反應(yīng)溫度為80～120℃。

2.8 反應(yīng)時間與收率的關(guān)系

本文對反應(yīng)時間進行了研究，得到結(jié)論是，反應(yīng)時間較長，收率不會有明顯的提高，同時由于長時間處于高溫反應(yīng)狀態(tài)，產(chǎn)物易分解，生成焦油狀物質(zhì)附著于反應(yīng)瓶壁，反而不利；反應(yīng)時間短，反應(yīng)不夠充分，收率肯定會下降。因此，反應(yīng)時間的判定以反應(yīng)生成的水量達到理論計算量的水量為止，反應(yīng)即可中斷。反應(yīng)時間一般在6～8h。

3 結(jié)論

本文對異丙基二氧七環(huán)的合成條件進行了優(yōu)化及細化，得到優(yōu)化條件為：順-1,4-丁烯二醇與異丁醛的摩爾比為1∶1.05，反應(yīng)需在惰性氣體保護下進行，反應(yīng)溶劑為苯，催化劑為對甲苯磺酸，催化劑與順-1,4-丁烯二醇的百分比為0.001，反應(yīng)在回流條件80～120℃下，時間以6～8h為宜，通過優(yōu)化異丙基二氧七環(huán)的收率達到92%左右。

[1]陳天豪,李仁寶,楊威.維生素B6的合成工藝改進[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2004,35(1):1-2.

[2]周后元,方資婷,葉鼎彝.維生素B6噁唑法合成新工藝[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,1994,25(9):385-389.

[3]王娟,劉芳.異丁醛與1,4-丁烯二醇縮合反應(yīng)的研究[J].湖北化工,2000，(5):18-28.

[4]李文驍,李付剛.2-正丙基-4,7-二氫-1,3-二氧庚英的合成研究[J].精細化工原料及中間體,2006，(2):20-21.

Study on the Synthetic of 2-ispropyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepins

Tan Na
(Jiangsu Sunpower Technology Co.,Ltd,Jiangsu Nanjing 210009)

2-ispropyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepins was synthesized by iso-butyric aldehyde and cis-2-butene-1,4-diol.The synthetic route was optimized (cis-2-butene-1,4-diol) ∶ n(iso-butyric aldehyde)=1∶ 1.05;reaction was under inertia gas protected;benzene as solution;PTSA as catalyst;m (PTAS):m (cis-2-butene-1,4-diol) was 0.001;reaction temperature was 80～120℃;Reaction time was about 6～8h.The total yield of 2-ispropyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepins was 92%.

Vitamin B6;Aldol condensation reaction;2-ispropyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepins

R914

A

2096-0387（2017）05-0044-03

譚娜（1980—），女，河北唐山人，碩士，工程師，研究方向：化學(xué)工程與工藝。